(57)【要約】 【課題】  燃料電池内において不純物が一箇所に蓄積するのを防止して、燃料の利用効率の向上が可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池のアノード極から排気を排出する排出路と、排気路中に設けられたバルブと、を有する。燃料電池において、燃料電池を構成するセパレータは複数のブロックに分割されている。電流取得手段は、複数に分割されたセパレータ各々から電流を取得することができる。電流比制御手段は、上記の開閉手段が閉であるときに、複数の電流取得手段から取得する電流比が変化するように制御する。この場合、水素の最下流位置は、電流が最も多く取得されるブロックに位置する。したがって、電流比を変化させることにより水素の最下流位置は移動するため、アノード極内において不純物の位置を移動させ、不純物を拡散することができる。これにより、水素パージ時間を短くすることができるので、燃料電池の利用効率が向上する。【選択図】      図１
2006012553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極とカソード極が配設された燃料電池と、
前記アノード極のガス供給口を通じて、前記アノード極に燃料ガスを供給するガス供給路と、
前記アノード極のガス排出口を通じて、前記アノード極内のガスを排出するガス排出路と、
前記ガス排出路を開閉する開閉手段と、
前記アノード極のセパレータの複数のブロックから電流を取得する複数の電流取得手段と、
前記開閉手段が閉であるときに、前記複数の電流取得手段から取得する電流比が変化するように前記電流取得手段を制御する電流比制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記電流比制御手段は、前記複数の電流取得手段から取得する電流の大小関係が変化するように前記電流取得手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノード極のセパレータは、前記複数のブロック毎に分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガス供給路は、
前記アノード極に燃料ガスを供給する第１の供給路と、
前記ガス排出路上の前記開閉手段より上流側の位置に配置され、前記第１の供給路とは逆方向に前記アノード極に燃料ガスを供給する第２の供給路と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料ガスの利用効率向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車などに搭載される燃料電池システムが知られている。燃料電池システムは、アノード極（即ち、水素極又は燃料極）とカソード極（即ち、酸素極）から構成される燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）を本体として、アノード極に供給する水素等の燃料ガスを貯蔵したタンクや、未使用の燃料ガスを含む排ガスを元のアノード極に戻すためのポンプ等が付設されたシステムである。燃料電池では、水素と空気に含まれる酸素が反応して電力が生成される。
【０００３】
ここで、燃料電池システムでは、電池反応が進むにつれてカソード極から酸化ガス中の窒素や加湿用の水分が電解質膜を通りアノード極側へと滲み出してくる。このため、窒素や水蒸気（以下、これらを合わせて「不純物」とも呼ぶ）の分圧が上昇して、燃料電池の発電能力が低下してしまう。
【０００４】
そのため、一般的には、アノード極の排出路中に設けられたバルブを開にして、不純物を含むガスを排出している。例えば、特許文献１には、燃料電池の発電能力が低下したと判断された時に、アノード極側の排出路に配設された開閉バルブを開き（即ち、「水素パージ」）、未使用のガスと不純物を含んだガスを下流側に設けた副燃料電池に供給するという技術が記載されている。また、特許文献２には、燃料電池の出力電圧が低下すると判断される場合に、排出口に設けた遮断弁を開とすることにより、燃料ガスの供給路に存在する不純物を外部に放出するという技術が記載されている。また、特許文献３には、供給口と排出口を複数有する燃料電池システムにおいて、面内での燃料ガスの拡散のために複数の供給口から燃料を供給するという技術が記載されている。その他に、特許文献４には、燃料電池の大容量化に伴う集電効率の低下やばらつきを改善するために、分割集電板を微小間隔を空けて配置するといった技術が記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記の燃料電池システムでは、燃料電池内において不純物が一箇所に蓄積してしまい、燃料電池全体での発電効率が低下する場合があった。また、このような発電効率の低下を防ぐために、水素パージ量が増加してしまう場合もあった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７７５０６号公報
【特許文献２】特開平９−３１２１６７号公報
【特許文献３】特開平１１−１４４７５３号公報
【特許文献４】特開昭６１−２８４０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池内において不純物が一箇所に蓄積するのを防止して、燃料の利用効率の向上が可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、燃料電池システムは、アノード極とカソード極が配設された燃料電池と、前記アノード極のガス供給口を通じて、前記アノード極に燃料ガスを供給するガス供給路と、前記アノード極のガス排出口を通じて、前記アノード極内のガスを排出するガス排出路と、前記ガス排出路を開閉する開閉手段と、前記アノード極のセパレータの複数のブロックから電流を取得する複数の電流取得手段と、前記開閉手段が閉であるときに、前記複数の電流取得手段から取得する電流比が変化するように前記電流取得手段を制御する電流比制御手段と、を備える。
【０００９】
上記の燃料電池システムは、燃料電池自動車などに搭載される。燃料電池（燃料電池スタック）はアノード極とカソード極から構成され、アノード極に供給する燃料ガス（水素など）とカソード極に供給する空気（即ち、酸素）にて電力を生成する。燃料電池は、アノード極の排出口を通じて、未使用の水素や、窒素や水蒸気などの不純物を含むガスを排出する排出路を備えている。この排出路中には、例えばバルブなどの開閉手段が設けてある。電流取得手段は、各々がアノード極のセパレータの複数のブロックから電流を取得できるようになっている。そして、電流比制御手段は、上記の開閉手段が閉であるときに、複数の電流取得手段から取得する電流比が変化するように制御する。
【００１０】
燃料電池内において、燃料ガスである水素の最下流位置（水素の流速、又は水素の流量が実質「０」になる場所）は、電流が最も多く取得されているブロックに位置する。また、不純物は燃料ガスの最下流位置に溜まりやすい。よって、複数のブロックから取得する電流比を変化させことにより、燃料ガスの最下流位置を移動させ、アノード極内において不純物が一箇所に溜まらないようにすることができる。したがって、開閉手段を開にして不純物を排出する回数を少なくすることができ、燃料電池の利用効率が向上する。
【００１１】
また、燃料ガスの最下流位置を変化させることにより、不純物の拡散だけでなく、結露水の拡散も行われる。これにより、アノード極内のフラッディングを防止することができる。更に、この結露水を燃料電池スタック内の加湿水として効果的に利用することができる。これにより、燃料電池スタックのドライアウトを防止することもできる。
【００１２】
上記の燃料電池システムの一態様では、前記電流比制御手段は、前記複数の電流取得手段から取得する電流の大小関係が変化するように前記電流取得手段を制御する。
【００１３】
この態様では、燃料電池システムの電流比制御手段は、複数のブロックから取得する電流の大小関係も変化するように制御する。例えば、第１のブロックと第２のブロックから取得する電流比を、例えば７：３から３：７へと変化させ、第１のブロックよりも第２のブロックから取得する電流の方が多くなるように電流比を制御する。これにより、燃料ガスの最下流位置を異なるブロックへと確実に移動させることができ、不純物を確実に移動、拡散させることが可能となる。
【００１４】
上記の燃料電池システムの他の一態様では、前記アノード極のセパレータは、前記複数のブロック毎に分割されている。この態様では、アノード極のセパレータがブロック毎に分割されているので、複数のブロック間において電流が流れることがない。よって、電流比制御手段は、制御量通りに各ブロックから電流を取得することが可能となり、電流比をより正確に制御することが可能となる。
【００１５】
上記の燃料電池システムの他の一態様では、前記ガス供給路は、前記アノード極に燃料ガスを供給する第１の供給路と、前記ガス排出路上の前記開閉手段より上流側の位置に配置され、前記第１の供給路とは逆方向に前記アノード極に燃料ガスを供給する第２の供給路と、を備える。
【００１６】
この態様では、第１及び第２の供給路から燃料ガスをアノード極に供給することができる。前述のように、各ブロックから取得する電流比を制御することにより、燃料ガスの最下流位置を移動させることができるのであるが、燃料ガスをアノード極内の一方向にしか供給できない場合、その方向の最も下流側のブロックに不純物が貯まってしまうとそれを移動させることができなくなり、そのブロックを使用した発電ができなくなる。これに対し、アノード極内に双方向に燃料ガスを供給可能とすれば、上記のような場合でも燃料ガスの供給方向を逆にすることにより、不純物を移動させることが可能となる。即ち、アノード極内に双方向に燃料ガスを供給可能とすることにより、常にアノード極内の複数のブロック全体の範囲にわたって不純物を移動させることができ、これにより発電効率の低下や燃料ガスの無駄な排出を抑制することができる。また、アノード極の面内の発電分布をより均一化することができるので、燃料電池スタックの耐久性も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の１つの実施形態に係る燃料電池システム５０の概略構成図を示している。燃料電池システム５０は、主に、燃料電池（燃料電池スタック）１と、燃料タンク２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、供給路３ａ、３ｂ、３ｃと、排出路４ａ、４ｂと、供給口５ａ、５ｂ、５ｃと、排出口６ａと、バルブ８と、を備えている。燃料電池システム５０は、燃料電池自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）などに搭載される。
【００１９】
燃料電池１は、電解質膜１ｃの両面にガスが拡散可能な多孔質層等の構造を有する電極を成膜した電池セルを、層間に導電性のセパレータを挟んで積層したもので、積層数に応じた出力電圧を取り出すことができる。図中には、説明の便宜のため電解質膜１ｃ面にカソード極（空気極）１ａと、アノード極（燃料極）１ｂが形成された単セルの構造のみを示している。
【００２０】
また、燃料電池１は車両駆動用のモータの給電源であり、３００Ｖ程度の直流の高電圧を発生するようになっている。燃料電池１の発電電圧は、モータに指令トルク等に応じた電流を供給する図示しないインバータなどの電気負荷に出力されるようになっている。また、燃料電池１の発電電圧は、電源ケーブル１５を通り、モータに指令トルク等に応じた電流を供給するインバータや、車両に搭載される種々の補機や、この補機への給電用の二次電池であるバッテリーに出力される。
【００２１】
本実施形態においては、燃料電池１のセパレータは、複数のブロックに分割されている。そして、燃料電池システム５０は、この複数のブロック中の少なくとも１つのブロックから選択的に電流を取得、又はそれぞれのブロックにて異なる電流を取得するように構成されている。具体的には、電源ケーブル１５の途中にスイッチ部７が設けられており、燃料電池システム５０はこのスイッチ部７を制御することにより、それぞれのブロックから取得する電流比を変化させる。このスイッチ部７は、燃料電池システム５０内のＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ１１により制御される。スイッチ部７の制御については、詳細は後述する。
【００２２】
燃料電池１には、供給口５ｂ、５ｃの２箇所から燃料ガス（以下、単に「水素」と呼ぶ）が供給されるようになっている。矢印Ａ２に示すように燃料タンク２より供給される水素は、供給路３ｂを通過する水素と供給路３ｃを通過する水素とに分割される。そして、水素は、供給口５ｂ、５ｃからアノード極１ｂへ供給される。供給路３ｂは第１の供給路として機能し、供給路３ｃは第２の供給路として機能する。
【００２３】
供給路３ｃの途中には、排出路４ｂが接続されている。更に、排出路４ｂ上にはバルブ８が設けられている。バルブ８は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ１２によって制御される。これにより、バルブ８の開閉、又は開度量の調節が行われる。バルブ８の開閉、又は開度量の調節が行われることにより、排出路４ｂを通過するガス（即ち、未使用の水素や、前述した不純物などを含むガスであり、以下単に「排気」とも呼ぶ）の流量が制御される。バルブ８が閉であるときは、排出路４ｂには排気は通過しない。一方、バルブ８が開であるときは、矢印Ａ４で示すようにアノード極１ｂから排出される排気が排出路４ｂを通過する。以上のように、バルブ８は排出路４ｂを開閉する開閉手段として機能する。
【００２４】
空気は、矢印Ａ１で示すように供給路３ａを通過して、供給口５ａよりカソード極１ａに供給される。そして、カソード極１ａから排出される空気は、排出口６ａから矢印Ａ３で示すように排出路４ａを通過する。
【００２５】
ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。本実施形態においては、ＥＣＵ１０は、スイッチ部７に制御信号Ｓ１１を供給し、バルブ８に制御信号Ｓ１２を供給する。ＥＣＵ１０は、燃料電池１の状態や車両の状態などに応じて、スイッチ部７とバルブ８を制御する。
【００２６】
本実施形態に係るＥＣＵ１０が行う制御について、その概要を説明する。ＥＣＵ１０は、複数のブロックに分割されたセパレータにおいて、それぞれのブロックから取得する電流の電流比が変化するようにスイッチ部７を制御する。通常、水素の最下流位置（水素の流速、又は水素の流量が実質「０」になる場所）には不純物が貯まりやすいが、本実施形態では水素の最下流位置は電流が最も多く取得されるブロック内に位置する。よって、電流比を変化させることにより最下流位置を移動させることができる。よって、ＥＣＵ１０は、セパレータの複数のブロックから取得する電流比を変化させることにより、水素の最下流位置を燃料電池１内で移動させ、アノード極１ｂ内において不純物が一箇所に溜まらないようにすることができる。これにより、バルブ８を開にして不純物を排出する回数を少なくすることができるため、燃料電池１の利用効率が向上する。なお、ＥＣＵ１０は、バルブ８が閉である場合にスイッチ部７の制御を行うものとする。これは、バルブ８を開にするのはアノード極１ｂ内のガスを排出する場合であり、この場合にはスイッチ７を制御して不純物を移動させる必要がないためである。以上のように、ＥＣＵ１０は電流比制御手段として機能する。
【００２７】
次に、本実施形態に係る燃料電池１の具体的な構造について説明する。
【００２８】
図２は、燃料電池１の構造を示す概略図である。図２（ａ）は、燃料電池１の全体の構造を示す側面図である。燃料電池１は、単セル１ｄを複数積層して構成される。積層された単セル１ｄは、エンドプレート１ｆ上に配置されている。本実施形態では、燃料電池１のセパレータは、複数のブロックに分割されている。具体的には、燃料電池１は複数の集電板１１ａ〜１１ｄを備えている。なお、図２（ａ）では、紙面の左右両方向から水素が供給されるものとする。即ち、燃料電池１内において紙面の左右方向にガスが流れる。
【００２９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）中の矢印Ｂ方向から見た平面図を示している。燃料電池１は、集電板１１ａ〜１１ｄを備えている。集電板１１ａ〜１１ｄは、ガスの流れ方向に複数配置されている。また、スイッチ部７は、スイッチ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを備えている。複数のスイッチ７ａ〜７ｄを有するスイッチ部７は、例えば半導体スイッチなどで構成される。スイッチ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、それぞれ集電板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに接続されている。また、スイッチ部７は、前述したようにＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ１１によって制御される。なお、図２においては、燃料電池１が４つの集電板１１ａ〜１１ｄを備えるものを示しているが、本発明の適用はこの数に限定はされない。また、集電板の形状、配置も図示したものに限定されない。更に、本例ではそれぞれの集電板に別個のスイッチが接続されたものを示しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、４つの集電板に対して１つのスイッチを接続してもよいし、２つの集電板に対して１つのスイッチを接続してもよい。
【００３０】
図３は、スイッチ７ａ〜７ｄの開閉を制御したときの水素の流れの具体例を示す。図３（ａ）は、スイッチ７ａのみを閉じ、その他のスイッチは開いた場合のガスの流れを示す。スイッチ７ａのみを閉じているので、集電板１１ａのみに電流が流れる。したがって、集電板１１ａのみから電流が取得される。この場合、集電板１１ａが存在する位置にて最も水素が消費されることになるので、符号Ｃ１で示す水素最下流位置は集電板１１ａの位置となる。
【００３１】
図３（ｂ）は、スイッチ７ｄのみを閉じ、その他のスイッチは開いた場合の水素の流れを示す。スイッチ７ｄのみを閉じているので、集電板１１ｄのみに電流が流れる。したがって、集電板１１ｄのみから電流が取得される。即ち、集電板１１ｄが存在する位置にて最も水素が消費されることになるので、符号Ｃ２で示す水素の最下流位置は集電板１１ｄの位置となる。
【００３２】
図４は、スイッチ７ａ〜７ｄの開閉を制御したときの不純物の変動を示している。図４に示す燃料電池１は、図２に示す切断線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図として示している。
【００３３】
図４（ａ）は、スイッチ７ａのみを閉じ、その他のスイッチは開いた場合の図である（即ち、図３（ａ）に示した例に当たる）。スイッチ７ａのみを閉じているので、集電板１１ａのみに電流が流れる。よって、集電板１１ａが存在する位置に水素の最下流位置がくる。水素の最下流位置では水素の流速が実質「０」になるため、この位置に不純物が溜まる。よって、集電板１１ａが存在する位置に不純物Ｄ１が溜まる。
【００３４】
図４（ｂ）は、スイッチ７ｄのみを閉じ、その他のスイッチは開いた場合の図である（即ち、図３（ｄ）に示した例に当たる）。スイッチ７ｄのみを閉じているので、集電板１１ｄのみに電流が流れる。よって、集電板１１ｄが存在する位置に水素の最下流位置がくる。したがって、集電板１１ｄが存在する位置に不純物Ｄ２が溜まる。
【００３５】
以上のように、スイッチ７ａ〜７ｄを切り替えることにより、燃料電池１内で不純物を移動させることができる。図４（ｃ）は、このようなスイッチの切り替えを繰り返し行ったときの不純物の位置について示す。スイッチを切り替えるごとに不純物が移動するため、不純物は一箇所に固定されなくなる。したがって、スイッチの切り替えを繰り返し行った場合、不純物Ｄ３は燃料電池１の略全体に拡散される。
【００３６】
このように不純物を拡散すると、単位体積あたりの不純物濃度は低くなる。そのため、燃料電池１全体の出力性能が著しく低下してしまうような状態には達しにくい。これにより、アノード極１ｂ内の不純物を排出するために、アノード極１ｂ内のガスの排出を行う回数を減らすことができる。即ち、水素のパージ量、又はパージ時間を減らすことができる。更に、アノード極１ｂの面内の発電分布をより均一化することができるので、燃料電池１の耐久性も向上させることができる。
【００３７】
また、上記のようにスイッチ７ａ〜７ｄを制御することにより、不純物の拡散だけでなく、燃料電池１内の結露水の拡散も行うことができる。これにより、アノード極１ｂ内におけるフラッディングを防止することができる。更に、この結露水を燃料電池１内の加湿水として効果的に利用することもできる。これにより、燃料電池１のドライアウトを防止することもできる。
【００３８】
ここで、ＥＣＵ１０によるスイッチの制御方法について具体的に説明をする。
【００３９】
図５は、スイッチ７ａ〜７ｄに対してＥＣＵ１０が供給する制御信号の一例について示す。ＥＣＵ１０は、スイッチ７ａに制御信号Ｓ１１ａを供給し、スイッチ７ｂに制御信号Ｓ１１ｂを供給し、スイッチ７ｃに制御信号Ｓ１１ｃを供給し、スイッチ７ｄに制御信号Ｓ１１ｄを供給するものとする。この例では、ＥＣＵ１０が、スイッチ７ａ→スイッチ７ｂ→スイッチ７ｃ→スイッチ７ｄへと順に閉じるように制御したものを示している（なお、この場合は、１つのスイッチのみが閉じられており、その他のスイッチは開いているものとする）。よって、電流が取得される集電板は、集電板１１ａ→集電板１１ｂ→集電板１１ｃ→集電板１１ｄと変化していく。これにより、不純物が溜まる集電板位置も、集電板１１ａ→集電板１１ｂ→集電板１１ｃ→集電板１１ｄと移動していく。ＥＣＵ１０は、スイッチ１ｄを開いた後は、スイッチ１ａを再度閉じて同様の制御を繰り返し行っていく。以上により、不純物が燃料電池１内で一箇所に蓄積せずに、全体に拡散していく。
【００４０】
なお、図５に示した例のように、必ずしも４つのスイッチの開閉の周波数を共通にする必要はない。また、スイッチの開閉を周期的に行う必要もない。同様に、スイッチを閉じている時間又は開いている時間幅も、複数のスイッチの間で共通とする必要はない。即ち、スイッチ７ａ〜７ｄの制御方法は、１つのスイッチのみを閉じることに限定されず、同時に複数のスイッチを閉じることにより、複数の集電板から異なる電流比で電流を取り出してもよい。
【００４１】
この場合、ＥＣＵ１０による各集電板からの取得電流の制御は、各集電板から取得する電流比が変化すればよく、各集電板から取得する電流の大小関係は変化しなくてもよい。例えば、説明の単純化のためセパレータが２つのブロックに分割されていると仮定し、第１の集電板と第２の集電板から取得する電流比を１０：０から０：１０に変化させれば、不純物は第１の集電板の位置から第２の集電板の位置に移動する。これに対し、第１の集電板と第２の集電板から取得する電流比を９：１から６：４に変化させた場合、電流の大小関係は変わらないので不純物は依然として第１の集電板の方に多く存在するが、その割合は変化するので、第１の集電板に位置していた不純物はある程度第２の集電板の方へ移動することになり、１つの集電板内などにおける狭い範囲内でも不純物を拡散させる効果は得られる。即ち、本発明においては、複数の集電板から取得する電流比を変化させれば不純物の拡散効果を得ることができ、複数の集電板から取得する電流の大小関係を変化させることは必須ではない。但し、取得する電流の大小関係が変化するように電流比を変化させれば、不純物の拡散効果が大きくなることはもちろんである。
【００４２】
また、４つのスイッチにおける７ａ〜７ｄが開いている時間又は閉じている時間、若しくは閉じているスイッチの個数、或いはスイッチを開閉するタイミングなどを詳細に制御することにより、更に細かく不純物を移動させることができる。言い換えると、アノード極１ｂ内において水素の流れに脈動を生じさせることができる。
【００４３】
［変形例］
次に、本発明の変形例に係る燃料電池システムについて説明する。
【００４４】
図６は、変形例に係る燃料電池システム５１の概略構成図を示している。図１に示した燃料電池システム５０ではアノード極１ｂに２つの供給口から水素を供給していたが、変形例に係る燃料電池システム５１では１つの供給口から水素を供給する。その他の構成要素は、前述した燃料電池システム５０と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
燃料電池システム５１においては、供給口５ｂのみからアノード極１ｂに水素を供給する。よって、アノード極１ｂ内には一方向のみのガスの流れが生ずる。また、アノード極１ｂには排出口６ｂが配設されており、排出口６ｂには排出路４ｂが接続されている。更に、排出路４ｂの途中にはバルブ８が設けられている。このバルブ８が開にされると、アノード極１ｂからガスが排出される。
【００４６】
以上のように燃料電池１を構成しても、ＥＣＵ１０がスイッチ部７を制御することにより、アノード極１ｂにおける水素の最下流位置を移動させることができる。これにより、不純物を一箇所に固定しないようにすることができる。
【００４７】
具体的に、図７を用いて燃料電池１内の不純物の移動について説明する。図７は、図２（ｂ）に示したものと同様の集電板を示しており、スイッチの開閉を制御したときのガスの流れを示している。図７（ａ）はスイッチ７ａのみを閉じたものを示し、図７（ｂ）はスイッチ７ｂのみを閉じたものを示し、図７（ｃ）はスイッチ７ｃのみを閉じたものを示し、図７（ｄ）はスイッチ７ｄのみを閉じたものを示している。この場合、ＥＣＵ１０は、スイッチ７ａ→スイッチ７ｂ→スイッチ７ｃ→スイッチ７ｄへと順に切り替える。即ち、電流が取得される集電板は、集電板１１ａ→集電板１１ｂ→集電板１１ｃ→集電板１１ｄへと変化していく。よって、水素の最下流位置は符号Ｅ１→Ｅ２→Ｅ３→Ｅ４へと移動していく。したがって、最終的には集電板１１ｄがある位置に不純物が溜まることになる。燃料電池１内ではガスの流れは一方向であるので（集電板１１ａ側から集電板１１ｄ側に流れる）、集電板１ｄがある位置に溜まった不純物は、その後スイッチをいずれに切り替えても移動することはない。したがって、その後はスイッチ７ａ→スイッチ７ｂ→スイッチ７ｃ→スイッチ７ａ→スイッチ７ｂ→スイッチ７ａへと切り替え、これらのスイッチの切り替えが終了したときにバルブ８を開にすることが好ましい。これにより、溜まった不純物により燃料電池１の発電は害されない。そして、無駄に水素を排出することをできる限り抑制し、効果的に不純物を排出することができる。
【００４８】
次に、ＥＣＵ１０がスイッチ部７を用いて行う電流比制御に関する変形例について説明する。上記では、スイッチの開閉により少なくとも１つの集電板から電流を取得して電流比が変化するように制御したが、その代わりに可変抵抗を用いて電流比が変化するように制御してもよい。
【００４９】
図８は、可変抵抗が接続された燃料電池１の具体例を示す。燃料電池１は、集電板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを備えている。可変抵抗は、可変抵抗９ａ、可変抵抗９ｂ、可変抵抗９ｃ、可変抵抗９ｄから構成される（以下、添え字省略して「可変抵抗９」として示した場合は、可変抵抗９ａ〜９ｄの全てを含めたものを意味するものとする）。可変抵抗９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、それぞれ集電板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに接続されている。これらの可変抵抗９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、それぞれＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄによって制御される。この制御信号Ｓ１３ａ〜Ｓ１３ｄにより、ＥＣＵ１０は可変抵抗の抵抗値を変化させることができる。
【００５０】
以上のように、可変抵抗の抵抗値を変更することにより、複数の集電板から取得する電流比を制御することができる。可変抵抗を用いて詳細に抵抗値を変更することにより、それぞれの集電板から取得する電流を細かく制御することができる。これにより、水素の最下流位置を細かく移動させることができる。また、電流比の制御中においても燃料電池１の面内の広範囲から電流を取得することができる。例えば、集電板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの全てから電流を取得していても、それぞれから取得される電流値を異にすることができる。これにより、少数（例えば、１つ）の集電板のみから電流を取得しなくてもよいため、燃料電池１の耐久性を向上させることができる。また、可変抵抗を用いているので、複数の集電板から取得する電流比の大小関係も容易に変化させることができる。
【００５１】
なお、可変抵抗の構成は上記したものに限定されない。上記の例では、それぞれの集電板に別個の可変抵抗が接続されたものを示したが、例えば４つの集電板に対して１つの可変抵抗を接続してもよいし、２つの集電板に対して１つの可変抵抗を接続してもよい。
【００５２】
図９は、燃料電池１内の集電板の構成に関する変形例を示す。図９に示す集電板は、ガスの流れと垂直方向（図９の上下方向）にも集電板が分割されて構成されている。即ち、ガスの流れ方向に４つの集電板が配置され、この４つのセットがガスの流れと垂直方向に２段設けられている。また、図２などに示す上記の例では複数の集電板を完全に分離させて構成したものを示したが、本例のように複数の集電板が接続しているような構成をとってもよい。即ち、図９の領域Ｆで示す部分（以下、この部分を「接続部分」と呼ぶ）によって、隣接する集電板を接続する。この場合、接続部分Ｆの抵抗値が大きくなるよう構成されることが好ましい。例えば、接続部分Ｆの幅を細く構成するか、或いは接続部分Ｆを電気抵抗率の高い材料で構成する。これにより、隣接する集電板において電流が流れにくくなり、ＥＣＵ１０からの制御信号に適切に対応した電流比を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池の全体の構成と集電板について示す概略図である。
【図３】スイッチの開閉を制御したときのガスの流れの具体例を示す図である。
【図４】スイッチの開閉を制御したときの不純物の移動を示す図である。
【図５】ＥＣＵがスイッチに対して供給する制御信号の具体例を示す図である。
【図６】本発明の変形例に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】変形例に係る燃料電池システムにおいて、スイッチの開閉を制御したときのガスの流れを示す図である。
【図８】本発明の変形例に係る電流比制御手段の構成を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る燃料電池の集電板の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  燃料電池
１ａ  カソード極
１ｂ  アノード極
２  燃料タンク
３ａ、３ｂ、３ｃ  供給路
４ａ、４ｂ  排出路
５ａ、５ｂ、５ｃ  供給口
６ａ、６ｂ  排出口
７  スイッチ部
８  バルブ
１０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  集電板
５０、５１  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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